@ -254,6 +254,7 @@ where
}
}
// 先查询缓存值`self.value`，若不存在，则调用`query`加载
fn value(& mut self, arg: u32) -> u32 {
match self.value {
Some(v) => v,
@ -267,4 +268,374 @@ where
}
```
上面的缓存有一个很大的问题：只支持`u32`类型的值，若我们想要缓存`String`类型，显然就行不通了，因此需要将`u32`替换成泛型`E`，该练习就留给读者自己完成，具体代码可以参考[这里](https://github.com/sunface/rust-course/blob/main/course-solutions/closure.md)
## 捕获作用域中的值
在之前代码中，我们一直在用闭包的匿名函数特性(赋值给变量)，然而闭包还拥有一项函数所不具备的特性: 捕获作用域中的值。
```rust
fn main() {
let x = 4;
let equal_to_x = |z| z == x;
let y = 4;
assert!(equal_to_x(y));
}
```
上面代码中，`x`并不是闭包`equal_to_x`的参数，但是它依然可以去使用`x`，因为`x`在`equal_to_x`的作用域范围内。
对于函数来说，就算你把函数定义在`main`函数体中，它也不能访问`x`:
```rust
fn main() {
let x = 4;
fn equal_to_x(z: i32) -> bool {
z == x
}
let y = 4;
assert!(equal_to_x(y));
}
```
报错如下：
```console
error[E0434]: can't capture dynamic environment in a fn item // 在函数中无法捕获动态的环境
--> src/main.rs:5:14
|
5 | z == x
| ^
|
= help: use the `|| { ... }` closure form instead // 使用闭包替代
```
如上所示，编译器准确的告诉了我们错误，同时甚至给出了提示：使用闭包来替代函数，这种聪明令我有些无所适从，总感觉会显得我很笨。
#### 闭包对内存的影响
当闭包从环境中捕获一个值时，会分配内存去存储这些值。对于有些场景来说，这种额外的内存分配会成为一种负担。与之相比，函数就不会去捕获这些环境值，因此定义和使用函数不会拥有这种内存负担。
#### 三种Fn特征
闭包捕获变量有三种途径， ： ，
1. `FnOnce` , 该类型的闭包会拿走被捕获变量的所有权。`Once`顾名思义，说明该闭包只能拿走所有权一次:
```rust
fn main() {
let x = vec![1,2,3];
let len_is = move |z| z == x.len();
let len_is_not = move |z| z != x.len();
println!("{}",len_is(3));
println!("{}",len_is_not(4));
}
```
`move` 关键字用来告诉闭包，捕获变量的所有权而不是进行借用，因此`x`变量的所有权将被首选转移到`len_is`中，紧接着`len_is_not`又试图获取`x`的所有权，此时自然会报错：
```console
error[E0382]: use of moved value: `x` // 使用已经没有所有权的x
--> src/main.rs:5:22
|
2 | let x = vec![1,2,3];
| - move occurs because `x` has type `Vec<i32>` , which does not implement the `Copy` trait
3 | - 发生所有权转移因为x的类型是Vec< i32 > ,它没有实现Copy特征
4 | let len_is = move |z| z == x.len();
| -------- - variable moved due to use in closure // 在此处x所有权被转移
| |
| value moved into closure here
5 | let len_is_not = move |z| z != x.len();
| ^^^^^^^^ - use occurs due to use in closure
| |
| value used here after move // 试图再次转移所有权
```
这里面有一个很重要的提示，因为`Vec< i32 > `没有实现`Copy`特征，所以会报错，那么我们试试有实现`Copy`的类型：
```rust
fn main() {
let x = 3;
let equal_to = move |z| z == x;
let not_equal_to = move |z| z != x;
println!("{}",equal_to(3));
println!("{}",not_equal_to(4));
}
```
上面代码中，`x`的类型是`i32`，该类型实现了`Copy`特征，因此虽然我们使用了`move`关键字让闭包拿走`x`的所有权，但是由于`x`是可复制的，闭包仅仅是复制了`x`的值，编译后，顺利通过:
```console
true
true
```
2. `FnMut` , 它以可变借用的方式捕获了环境中的值，因此可以修改该值：
```rust
fn main() {
let mut s = String::new();
let update_string = |str| s.push_str(str);
update_string("hello");
println!("{:?}",s);
}
```
在闭包中，我们调用`s.push_str`去改变外部`s`的字符串值，因此这里捕获了它的可变借用，运行下试试：
```console
error[E0596]: cannot borrow `update_string` as mutable, as it is not declared as mutable
--> src/main.rs:5:5
|
4 | let update_string = |str| s.push_str(str);
| ------------- - calling `update_string` requires mutable binding due to mutable borrow of `s`
| |
| help: consider changing this to be mutable: `mut update_string`
5 | update_string("hello");
| ^^^^^^^^^^^^^ cannot borrow as mutable
```
虽然报错了，但是编译器给出了非常清晰的提示，想要在闭包内部捕获可变借用，需要把该闭包声明为可变类型，也就是`update_string`要修改为`mut update_string`:
```rust
fn main() {
let mut s = String::new();
let mut update_string = |str| s.push_str(str);
update_string("hello");
println!("{:?}",s);
}
```
这种写法有点反直觉，相比起来前面的`move`更符合使用和阅读习惯。但是如果你忽略`update_string`的类型，仅仅把它当成一个普通变量，那么这种声明就比较合理了。
再来看一个复杂点的：
```rust
fn main() {
let mut s = String::new();
let update_string = |str| s.push_str(str);
exec(update_string);
println!("{:?}",s);
}
fn exec< 'a, F: FnMut(& 'a str)>(mut f: F) {
f("hello")
}
```
这段代码非常清晰的说明了`update_string`实现了`FnMut`特征
3. `Fn` 特征，它以不可变借用的方式捕获环境中的值
让我们把上面的代码中`exec`的`F`泛型参数类型修改为`Fn(& 'a str)`，然后运行看看结果:
```console
error[E0525]: expected a closure that implements the `Fn` trait, but this closure only implements `FnMut`
--> src/main.rs:4:26 // 期望闭包实现的是`Fn`特征，但是它只实现了`FnMut`特征
|
4 | let update_string = |str| s.push_str(str);
| ^^^^^^-^^^^^^^^^^^^^^
| | |
| | closure is `FnMut` because it mutates the variable `s` here
| this closure implements `FnMut` , not `Fn` //闭包实现的是FnMut，
5 |
6 | exec(update_string);
| ---- the requirement to implement `Fn` derives from here
```
从报错中很清晰的看出，我们的闭包实现的是`FnMut`特征，但是在`exec`中却给它标注了`Fn`特征，因此产生了不匹配，再来看看正确的不可变借用方式：
```rust
fn main() {
let s = "hello, ".to_string();
let update_string = |str| println!("{},{}",s,str);
exec(update_string);
println!("{:?}",s);
}
fn exec< 'a, F: Fn(String) -> ()>(f: F) {
f("world".to_string())
}
```
在这里，因为无需改变`s`，因此闭包中只对`s`进行了不可变借用，那么在`exec`中，将其标记为`Fn`特征就完全正确。
##### move和Fn
在上面，我们讲到了`move`关键字对于`FnOnce`特征的重要性，但是实际上使用了`move`的闭包依然可能实现了`Fn`或`FnMut`特征。
因为，**一个闭包实现了哪种Fn特征取决于该闭包如何使用被捕获的变量，
```rust
fn main() {
let s = String::new();
let update_string = move || println!("{}",s);
exec(update_string);
}
fn exec< F: Fn ( ) > (f: F) {
f()
}
```
我们在上面的闭包中使用了`move`关键字，因此我们的闭包捕获了它，但是由于闭包对`s`的使用仅仅是不可变借用，因为该闭包实际上**还**实现了`Fn`特征，如`exec`函数所示。
细心的读者肯定发现我在上段中使用了一个`还`字，这是什么意思呢？因为该闭包不仅仅实现了`Fn`特征，还实现了`FnOnce`特征，因此将代码修改成下面这样，依然可以编译：
```rust
fn main() {
let s = String::new();
let update_string = move || println!("{}",s);
exec(update_string);
}
fn exec< F: FnOnce ( ) > (f: F) {
f()
}
```
##### 三种Fn的关系
实际上， ， ：
- 所有的闭包都实现了`FnOnce`特征，因此任何一个闭包都至少可以被调用一次
- 没有使用`move`的闭包实现了`FnMut`特征
- 不需要对捕获变量进行改变的闭包实现了`Fn`特征
用一段代码来简单诠释上述规则:
```rust
fn main() {
let s = String::new();
let update_string = || println!("{}",s);
exec(update_string);
exec1(update_string);
exec2(update_string);
}
fn exec< F: FnOnce ( ) > (f: F) {
f()
}
fn exec1< F: FnMut ( ) > (mut f: F) {
f()
}
fn exec2< F: Fn ( ) > (f: F) {
f()
}
```
虽然，闭包只是对`s`进行了不可变借用，实际上，它可以适用于任何一种`Fn`特征：三个`exec`函数说明了一切。强烈建议读者亲自动手试试各种情况下使用的`Fn`特征，更有助于加深这方面的理解。
如果还是有疑惑？没关系，我们来看看这三个特征的简化版源码：
```rust
pub trait Fn< Args > : FnMut< Args > {
extern "rust-call" fn call(& self, args: Args) -> Self::Output;
}
pub trait FnMut< Args > : FnOnce< Args > {
extern "rust-call" fn call_mut(& mut self, args: Args) -> Self::Output;
}
pub trait FnOnce< Args > {
type Output;
extern "rust-call" fn call_once(self, args: Args) -> Self::Output;
}
```
看到没？从特征约束能看出来`Fn`的前提是实现`FnMut`，
从源码中还能看出一点：`Fn`获取`& self`， & mut self`，而`FnOnce`获取`self`.
在实际项目中，**建议先使用`Fn`特征**，然后编译器会告诉你正误以及该如何选择。
## 闭包作为函数返回值
看到这里，相信大家对于如何使用闭包作为函数参数，已经很熟悉了，但是如果要使用闭包作为函数返回值，该如何做？
先来看一段代码：
```rust
fn factory() -> Fn(i32) -> i32 {
let num = 5;
|x| x + num
}
let f = factory();
let answer = f(1);
assert_eq!(6, answer);
```
上面这段代码看起来还是蛮正常的，用`Fn(i32) -> i32`特征来代表`|x| x + num`，非常合理嘛，肯定可以编译通过, 可惜理想总是难以照进现实，编译器给我们报了一大堆错误，先挑几个重点来看看：
```console
fn factory< T > () -> Fn(i32) -> i32 {
| ^^^^^^^^^^^^^^ doesn't have a size known at compile-time // 该类型在编译器没有固定的大小
```
Rust要求函数的参数和返回类型， ， ， ， ， ， ， ， ， ，
但是我们又无法知道闭包的具体类型，该怎么办呢？再看看报错提示:
```console
help: use `impl Fn(i32) -> i32` as the return type, as all return paths are of type `[closure@src/main.rs:11:5: 11:21]` , which implements `Fn(i32) -> i32`
|
8 | fn factory< T > () -> impl Fn(i32) -> i32 {
```
嗯，编译器提示我们加一个`impl`关键字，哦，这样一说，读者可能就想起来了，`impl Trait`可以用来返回一个实现了指定特征的类型，那么这里`impl Fn(i32) -> i32`的返回值形式，说明我们要返回一个闭包类型，它实现了`Fn(i32) -> i32`特征。
完美解决，但是，在[特征]那一章，我们提到过，`impl Trait`的返回方式有一个非常大的局限，就是你只能返回同样的类型，例如:
```rust
fn factory(x:i32) -> impl Fn(i32) -> i32 {
let num = 5;
if x > 1{
move |x| x + num
} else {
move |x| x - num
}
}
```
运行后，编译器报错:
```console
error[E0308]: `if` and `else` have incompatible types
--> src/main.rs:15:9
|
12 | / if x > 1{
13 | | move |x| x + num
| | ---------------- expected because of this
14 | | } else {
15 | | move |x| x - num
| | ^^^^^^^^^^^^^^^^ expected closure, found a different closure
16 | | }
| |_____- `if` and `else` have incompatible types
|
```
嗯，提示很清晰：`if`和`else`分支中返回了不同的闭包类型，这就很奇怪了，明明这两个闭包长的一样的，好在细心的读者应该回想起来，本章节前面咱们有提到：就算签名一样的闭包，类型也是不同的，因此在这种情况下，就无法再使用`impl Trait`的方式去返回闭包。
怎么办？再看看编译器提示，里面有这样一行小字:
```console
= help: consider boxing your closure and/or using it as a trait object
```
哦，相信你已经恍然大悟，可以用特征对象！只需要用`Box`的方式即可实现：
```rust
fn factory(x:i32) -> Box< dyn Fn ( i32 ) - > i32> {
let num = 5;
if x > 1{
Box::new(move |x| x + num)
} else {
Box::new(move |x| x - num)
}
}
```
至此，闭包作为函数返回值就已完美解决，若以后你再遇到报错时，一定要仔细阅读编译器的提示，很多时候，转角都能遇到爱。
## 闭包的生命周期
这块儿内容在进阶生命周期章节中有讲，这里就不再赘述，读者可移步[此处](https://course.rs/advance/lifetime/advance.html#闭包函数的消除规则)进行回顾。
sunface
3 years ago